基于LM-IEKF算法的锂离子电池SOC估算策略研究

发布时间：2017-06-27 19:17

  本文关键词：基于LM-IEKF算法的锂离子电池SOC估算策略研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：电动汽车的推广使用是节能减排的途径之一。动力电池作为其主要供能单元,其使用的合理程度直接关系到整车的性能。电池荷电状态(SOC)的估算是电池管理系统(BMS)的关键技术之一。精确地估算SOC,能有效防止电池过充和过放,延长其使用寿命,同时也能为整车的控制提供重要依据。本文选择锂离子电池作为研究对象,以进一步提高SOC估算精度为目的,围绕SOC估算算法展开研究,主要做了如下几个方面的研究工作:第一,深入了解电动汽车动力电池和BMS的发展情况以及目前SOC估算方法的研究现状,分析锂离子电池的基本原理及特性,简单介绍SOC的定义及对其估算会有影响的几个方面,对比分析SOC估算时会用到的几种方法的优缺点,确定采用迭代扩展卡尔曼滤波(IEKF)算法作为基础算法进行SOC估算。第二,基于所选的估算方法与电池模型的关系,充分考虑温度因素对电池特性的影响,建立其改进二阶RC模型,并辨识了所建模型的参数;最后通过软件Matlab/Simulink验证所建模型的准确性。第三,研究EKF算法和IEKF算法的基本理论,为克服EKF和IEKF估算SOC时存在的不足,采用Levenberg-Marquardt(LM)算法优化IEKF的迭代过程——LM-IEKF算法,并详细阐述采用该算法估算锂离子电池SOC的实现过程,最后通过建立仿真实验对算法的收敛性进行证明,且比较了用其估算SOC的结果与EKF和IEKF所得的结果。对比的结果证明了LM-IEKF算法估算SOC时在精度上具有优势。第四,围绕锂离子电池SOC估算的实现搭建BMS平台,设计BMS中与SOC估算相关的硬件部分和软件部分,并通过实验验证对所设计的系统进行功能测试。实验结果表明,本文设计的系统平台能够满足电池SOC估算相关数据采集精度的要求,且LM-IEKF算法在SOC估算时有较好的精度。鉴于LM-IEKF算法估算SOC的优势,该算法能够满足电动汽车对SOC估算精度的要求,具有一定的实用价值。
【关键词】：锂离子电池 电池管理系统 荷电状态 改进二阶RC等效模型 LM-IEKF算法
【学位授予单位】：湖北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM912
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-17
• 1.1 课题研究背景及意义9-10
• 1.2 课题的国内外研究现状10-14
• 1.2.1 国内外电动汽车动力电池简介10-11
• 1.2.2 国内外BMS的研究现状11-13
• 1.2.3 锂离子电池SOC估算算法的研究现状13-14
• 1.3 现阶段锂离子电池SOC估算难点分析14-15
• 1.4 本文的主要研究内容15-17
• 第2章 锂离子电池的基本原理特性及SOC估算17-27
• 2.1 锂离子电池的基本原理17-18
• 2.2 锂离子电池的基本特性18-21
• 2.3 SOC定义及其影响因素21-23
• 2.4 经典SOC估算方法23-26
• 2.5 本章小结26-27
• 第3章 锂离子电池等效模型的建立27-39
• 3.1 电池等效模型的建立27-31
• 3.1.1 常用的电池等效电路模型27-30
• 3.1.2 改进的二阶RC等效模型的建立30-31
• 3.2 改进的等效电路模型参数的辨识31-36
• 3.2.1 OCV-SOC关系曲线31-33
• 3.2.2 电池模型参数的辨识33-36
• 3.3 模型验证36-38
• 3.4 本章小结38-39
• 第4章 基于LM-IEKF算法的锂离子电池SOC估算39-52
• 4.1 卡尔曼滤波法简介39-42
• 4.1.1 EKF算法39-41
• 4.1.2 IEKF算法41-42
• 4.2 EKF算法和IEKF算法估算电池SOC存在的问题42-43
• 4.3 采用LM法优化IEKF算法的原理43-45
• 4.4 采用LM-IEKF算法估算锂离子电池SOC45-48
• 4.4.1 锂离子电池模型的状态空间方程45-46
• 4.4.2 采用LM-IEKF算法估算锂离子电池SOC的实现46-48
• 4.5 基于LM-IEKF算法的SOC仿真验证与分析48-51
• 4.5.1 LM-IEKF算法收敛性验证48-49
• 4.5.2 LM-IEKF算法估算SOC仿真实验及结果分析49-51
• 4.6 本章小结51-52
• 第5章 锂离子电池SOC估算平台的建立52-64
• 5.1 系统硬件电路设计52-57
• 5.1.1 主控模块芯片的选型52-53
• 5.1.2 电流测量电路的设计53-54
• 5.1.3 电压测量电路的设计54-55
• 5.1.4 温度测量电路的设计55
• 5.1.5 CAN总线通信电路的设计55-57
• 5.2 系统软件设计57-61
• 5.2.1 系统软件主程序设计57
• 5.2.2 系统软件子程序设计57-61
• 5.3 系统性能测试61-63
• 5.4 本章小结63-64
• 第6章 总结与展望64-66
• 6.1 全文总结64
• 6.2 工作展望64-66
• 参考文献66-69
• 致谢69-70
• 附录70

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